Tvrdé slitiny

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. prosince 2021; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Tvrdé slitiny  jsou tvrdé a otěruvzdorné cermetové a kovové materiály schopné udržet si tyto vlastnosti při 900–1150 °C. Vyrábějí se převážně z tvrdých a žáruvzdorných materiálů na bázi wolframu , titanu , tantalu , karbidů chrómu , vázaných kobaltovým nebo niklovým kovovým pojivem, s různým obsahem kobaltu nebo niklu .

Druhy tvrdých slitin

Existují slinuté a lité tvrdé slitiny. Hlavním znakem slinutých tvrdých slitin je, že výrobky z nich se získávají metodami práškové metalurgie a lze je pouze brousit nebo se dobře opracovávají i fyzikálně-chemické způsoby zpracování (laser, ultrazvuk, leptání kyselinou atd.) elektroerozivní metodou, a lité tvrdé slitiny jsou určeny k navařování na vybaveném nástroji a procházejí nejen mechanickým, ale často i tepelným zpracováním ( kalení , žíhání , stárnutí atd.). Prvky z práškových tvrdých slitin se na vybavený nástroj upevňují tvrdým pájením nebo mechanickým upevněním.

Tvrdé slitiny se vyznačují kovy karbidů v nich přítomných: wolfram - VK2, VK3, VK3M, VK4V, VK6M, VK6, VK6V, VK8, VK8V, VK10, VK15, VK20, VK25; titan-wolfram - T30K4, T15K6, T14K8, T5K10, T5K12V; titan-tantal-wolfram - TT7K12, TT10K8B. Bez wolframu: TNM20, TNM25, TNM30.

Podle chemického složení jsou tvrdé slitiny klasifikovány:

Karbidové slitiny se dělí podle účelu (klasifikace ISO) na:

Kvůli relativně vysoké ceně wolframu byla vyvinuta skupina newolframových tvrdých slitin nazývaných cermety. Tyto slitiny obsahují karbidy titanu (TiC), karbonitridy titanu (TiCN) vázané na nikl-molybdenové bázi. Technologie jejich výroby je podobná jako u tvrdých slitin s obsahem wolframu.

Ve srovnání s tvrdými slitinami wolframu mají tyto slitiny nižší pevnost v ohybu, rázovou houževnatost, jsou citlivé na změny teploty v důsledku nízké tepelné vodivosti , ale mají výhody zvýšené tepelné odolnosti (1000 °C) a nízké přilnavosti třísek ke zpracovávaným materiálům, díky čemuž nejsou náchylné k tvorbě výrůstků zpracovávaného materiálu na nástroji při řezání, proto se doporučují používat pro dokončovací a polodokončovací práce. Podle zamýšleného použití patří do skupiny P podle klasifikace ISO .

Vlastnosti tvrdých slitin

Karbidové břitové destičky s 86–92 HRA mají vysokou odolnost proti opotřebení a červenou tvrdost (800–1000 °C), což umožňuje obrábění řeznými rychlostmi až 800 (2000 pro neželezné slitiny a kovy) m/min.

Slinutý karbid

Slitiny karbidu se vyrábějí slinováním směsi prášků karbidu a kobaltu . Prášky jsou prefabrikovány chemickou redukcí (1-10 mikronů), smíchány ve vhodném poměru a lisovány pod tlakem 200-300 kgf / cm² a poté slinovány ve formách odpovídajících rozměrům hotových desek při teplotě 1400 -1500°C, v ochranné atmosféře. Slinuté tvrdé slitiny nepodléhají tepelnému zpracování , protože mají základní vlastnosti ihned po výrobě.

Kompozitní materiály sestávající ze sloučeniny podobné kovu stmelené kovem nebo slitinou . Jejich základem jsou nejčastěji karbidy wolframu nebo titanu, komplexní karbidy wolframu a titanu (často i tantal ), karbonitrid titanu, méně často jiné karbidy , boridy a podobně. Jako matrice pro uchycení zrn pevného materiálu ve výrobku se používá tzv. "vazba" - kov nebo slitina. Obvykle se kobalt používá jako „pojivo“, protože kobalt je neutrální prvek vzhledem k uhlíku, netvoří karbidy a neničí karbidy jiných prvků, méně často niklu , jeho slitiny s molybdenem (vazba nikl-molybden ).

Výroba tvrdých slitin lehkou práškovou metalurgií
  1. Získávání prášků karbidů a kobaltu redukční metodou z oxidů.
  2. Mletí prášků karbidů a kobaltu (provádí se na kulových mlýnech během 2-3 dnů) na 1-2 mikrony.
  3. V případě potřeby screening a přebroušení.
  4. Příprava směsi (prášky se mísí v množství odpovídajícím chemickému složení vyráběné slitiny).
  5. Lisování za studena (do směsi se pro udržení tvaru přidává organické pojivo, např. PVA , parafíny nebo glycerin [1] ).
  6. Slinování pod zatížením (lisování za tepla) při 1400°C (při 800–850°C organické pojivo zcela vyhoří). Při 1400 °C kobalt taje a smáčí karbidové prášky, po následném ochlazení kobalt krystalizuje a spojuje karbidové částice dohromady.
Nomenklatura slinutých tvrdých slitin

Tvrdé slitiny lze podmíněně rozdělit do tří hlavních skupin:

  • tvrdé slitiny obsahující wolfram
  • tvrdé slitiny obsahující titan-wolfram
  • titanotantalum tvrdé slitiny wolframu

Každá z výše uvedených skupin tvrdých slitin se dále dělí na jakosti, které se od sebe liší chemickým složením, fyzikálními, mechanickými a provozními vlastnostmi.

Některé druhy slitin, které mají stejné chemické složení, se liší velikostí zrn karbidových složek, což určuje rozdíl v jejich fyzikálních, mechanických a provozních vlastnostech, a tedy i oblastech použití.

Vlastnosti jakostí tvrdých slitin jsou kalkulovány tak, aby vyráběný sortiment maximálně vyhovoval potřebám moderní výroby. Při výběru třídy slitiny je třeba vzít v úvahu: rozsah slitiny, povahu požadavků na přesnost obrobených povrchů, stav zařízení a jeho kinematické a dynamické údaje.

Označení tříd slitin jsou sestavena podle následujícího principu:

  • 1. skupina - slitiny obsahující karbid wolframu a kobalt. Jsou označeny písmeny VK, za nimiž je procento kobaltu ve slitině označeno čísly. Do této skupiny patří tyto značky: VKZ, VKZM, VK6, VK6M, VK6OM, VK6KS, VK6V, VK8, VK8VK, VK8V, VK10KS, VK15, VK20, VK20KS, VK10KHOM, VK4V.
  • Skupina 2 - slitiny titan-wolfram obsahující karbid titanu, karbid wolframu a kobalt. Označuje se písmeny TK, zatímco číslo za písmeny T označuje procento karbidů titanu a za písmenem K - obsah kobaltu. Do této skupiny patří tyto značky: T5K10, T14K8, T15K6, TZ0K4.
  • Skupina 3 - slitiny titanotantalum-wolfram, které obsahují titan, tantal a karbid wolframu a také kobalt a jsou označeny písmeny TTK, přičemž číslo za TT je procento karbidů titanu a tantalu a za písmenem K - obsah kobaltu. Do této skupiny patří tyto značky: TT7K12, TT20K9.
  • 4. skupina - slitiny s povlaky odolnými proti opotřebení. Mají písmenné označení VP. Tato skupina zahrnuje následující třídy: VP3115 (základ VK6), VP3325 (základ VK8), VP1255 (základ TT7K12).

Tvrdé slitiny používané pro řezání kovů: VK6, VKZM, VK6M, VK60M, VK8, VK10KHOM, TZOK4, T15K6, T14K8, T5K10, TT7K12, TT20K9.

Tvrdé slitiny používané pro beztřískové zpracování kovů a dřeva, opotřebitelné části strojů, přístrojů a zařízení: VKZ, VKZM, VK6, VK6M, VK8, VK15, VK20, VK10KS. VK20KS.

Tvrdé slitiny používané k vybavení důlních nástrojů: VK6V, VK4V, VK8VK, VK8, VK10KS, VK8V, VK11VK, VK15.

V SSSR a nyní v Rusku se pro řezání kovů používají následující slinuté tvrdé slitiny [2] :

Ruské slinuté tvrdé slitiny:

Třída slitiny		 TOALETA% TiC % TaC % Co% Pevnost v ohybu ( σ ),
MPa 		Tvrdost ,
HRA 		Hustota (ρ),
g/cm3 		Tepelná vodivost (λ),
W/(m °С) 		Youngův modul (E),
GPa
VK2 98 — — 2 1200 91,5 15.1 51 645
VK3 97 — — 3 1200 89,5 15.3 50.2 643
VK3-M 97 — — 3 1550 91 15.3 50.2 638
VC4 96 — — čtyři 1500 89,5 14.9-15.2 50.3 637,5
VK4-V 96 — — čtyři 1550 88 15.2 50.7 628
VK6 94 — — 6 1550 88,5 patnáct 62,8 633
VK6-M 94 — — 6 1450 90 15.1 67 632
VK6-OM 92 — 2 6 1300 90,5 patnáct 69 632
VK8 92 — — osm 1700 87,5 14.8 50.2 598
VK8-V 92 — — osm 1750 89 14.8 50.4 598,5
VK10 90 — — deset 1800 87 14.6 67 574
VK10-OM 90 — — deset 1500 88,5 14.6 70 574
VK15 85 — — patnáct 1900 86 14.1 74 559
VK20 80 — — dvacet 2000 84,5 13.8 81 546
VK25 75 — — 25 2150 83 13.1 83 540
VK30 70 — — třicet 2400 81,5 12.7 85 533
Т5K10 85 6 — 9 1450 88,5 13.1 20.9 549
Т5K12 83 5 — 12 1700 87 13.5 21 549,3
Т14K8 78 čtrnáct — osm 1300 89,5 11.6 16.7 520
T15K6 79 patnáct — 6 1200 90 11.5 12.6 522
T30K4 66 třicet — čtyři 1000 92 9.8 12,57 422
TT7K12 81 čtyři 3 12 1700 87 13.3
TT8K6 84 osm 2 6 1350 90,5 13.3
TT10K8-B 82 3 7 osm 1650 89 13.8
TT20K9 67 9.4 14.1 9.5 1500 91 12.5
TN-20 — 79 (Ni15 %) (Po 6 %) 1000 89,5 5.8
TN-30 — 69 (Ni23 %) (Mo29 %) 1100 88,5 6
TN-50 — 61 (Ni29 %) (Mo10 %) 1150 87 6.2

Zahraniční výrobci tvrdých slitin zpravidla každý používají své vlastní třídy slitin a označení.

Vývoj

V současné době[ kdy? ] v ruském průmyslu tvrdých slitin se provádí hloubkový výzkum týkající se možnosti zlepšit výkonnostní vlastnosti tvrdých slitin a rozšířit rozsah. Tyto studie se týkají především chemického a granulometrického složení RTP (ready-to-press) směsí. Jedním z úspěšných příkladů z poslední doby jsou slitiny skupiny TSN (TU 1966-001-00196121-2006), vyvinuté speciálně pro práci třecích jednotek v agresivním kyselém prostředí. Tato skupina je logickým pokračováním řetězce VN niklových slitin vyvinutých All-Russian Research Institute of Hard Alloys . Experimentálně bylo pozorováno, že s poklesem velikosti zrna karbidové fáze v tvrdé slitině kvalitativně vzrůstá tvrdost a pevnost. Technologie redukce plazmy a řízení velikosti částic v současnosti umožňují výrobu tvrdých slitin s velikostí zrna (WC), která může být menší než 1 mikrometr. Slitiny skupiny TSN jsou široce používány při výrobě chemických a ropných a plynových čerpadel ruské výroby.

Lité tvrdé slitiny

Odlévané tvrdé slitiny se získávají tavením a odléváním .

Aplikace

Tvrdé slitiny jsou v současnosti běžným nástrojovým materiálem široce používaným v nástrojářském průmyslu. Žáruvzdorné karbidy ve slitinové struktuře dodávají tvrdokovu vysokou tvrdost HRA 80–92 (HRC 73–76), tepelnou odolnost (800–1000 °C), takže je lze opracovávat několikanásobně vyššími rychlostmi než řezné rychlosti pro rychlořezné oceli . Na rozdíl od rychlořezných ocelí však mají tvrdé slitiny sníženou pevnost v ohybu ( σ a = 1000-1500 MPa), nízkou rázovou houževnatost . Tvrdé slitiny jsou netechnologické: pro jejich vysokou tvrdost z nich nelze vyrobit jednodílný tvarový nástroj složitého tvaru, navíc se špatně brousí a opracovávají pouze diamantovým nástrojem, proto se obvykle používají tvrdé slitiny ve formě desek, které jsou buď mechanicky upevněny na nástrojových držácích nebo k nim připájeny.

Tvrdé slitiny se díky své vysoké tvrdosti používají v následujících oblastech:

  • Obrábění konstrukčních materiálů: frézy , frézy , vrtáky , protahovače a další nástroje.
  • Vybavení měřicího přístroje: vybavení přesných ploch mikrometrického měřicího přístroje a podpěr přesných vah.
  • Puncovní: vybavení pracovní části puncovních značek.
  • Výkres : vybavení pracovní části výkresu .
  • Lisování : vybavení razítek a matric (děrování, vytlačování atd.).
  • Válcování : válečky z tvrdé slitiny (vyrobené ve formě kroužků z tvrdé slitiny kladených na kovový základ).
  • Důlní zařízení: pájení slinutých a navařování litých tvrdých slitin.
  • Výroba otěruvzdorných ložisek : kuliček, válečků, oběžných kol a ocelových povlaků.
  • Důlní zařízení: vybavení pracovních ploch.
  • Tepelné nástřiky otěruvzdorných povlaků.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 7. Lisování přířezů keramických výrobků (nepřístupný odkaz) . Staženo 2. 7. 2018. Archivováno z originálu 23. 6. 2018. 
  2. ↑ GOST 3882-74 Archivní kopie ze 4. listopadu 2011 na Wayback Machine  ( PDF , 1,98 MB)

Odkazy

Literatura

  • Konstrukční materiály. Ed. B. N. Arzamasová. Moskva, vydavatelství "Engineering", 1990.
  • Technologie stavebních materiálů. Ed. A. M. Dalský. Moskva, vydavatelství "Engineering", 1985.
  • Stepanchuk A. N., Bilyk I. I., Boyko P. A.  Technologie práškové metalurgie. - K .: Vishcha school, 1989. - 415 s.
  • Skorokhod VV  Práškové materiály na bázi žáruvzdorných kovů a sloučenin. - K .: Technika, 1982. - 167 s.